CN115887003A - 手术导航系统的配准方法、装置和手术导航系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种手术导航系统的配准方法、装置和手术导航系统。该方法包括：获取术前三维图像和术中二维图像；根据术中二维图像构建手术导航系统的显示空间；确定术前三维图像与术中二维图像的匹配位置，根据匹配位置将术前三维图像导入显示空间；在导入术前三维图像的显示空间中确定至少三个标识点，并分别获取各标识点的第一位置信息和第二位置信息，第一位置信息为标识点在显示空间中的位置信息，第二位置信息为标识点在物理空间中的位置信息；根据第一位置信息和第二位置信息进行手术导航系统的配准。采用本方法能够简化手术导航系统的配准流程，提高配准效率。

Description

手术导航系统的配准方法、装置和手术导航系统

技术领域

本申请涉及医学影像处理技术领域，特别是涉及一种手术导航系统的配准方法、装置、手术导航系统和存储介质。

背景技术

近年来，随着医学影像处理技术的不断提高，手术导航技术得以广泛应用。手术导航技术是指利用患者的医学影像信息为手术过程提供图像引导的技术，通过这项技术，医生可以在手术过程中了解到患者身体内部结构和生理信息，从而可以准确地判断患者当前的治疗状态。

手术导航技术的实现依赖于导航空间和影像空间中相对应点的空间配准。当前的手术导航的空间配准技术通常采用术中扫描的患者的三维医学影像信息进行配准导航，一般是先将带有特殊金属标记点的装置与患者一起进行医学扫描成像，再通过手动选取或计算机自动识别的方式在医学影像中选取标记点，获得这些标记点在医学影像空间中的坐标，然后使用注册探针获取以上标记点在导航空间中的坐标，最后通过以上两组标记点的坐标数据计算出医学影像空间和导航空间的转换关系，从而实现手术导航的空间配准。在以上过程中，术中扫描患者的三维医学影像信息需要的扫描时间长，辐射量大，不仅会导致手术导航配准所需时间长，还会对医生和患者造成严重的辐射伤害。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种手术导航系统的配准方法、装置、手术导航系统和存储介质，能够简化配准流程，从而提高手术导航系统的配准效率。

本发明第一方面提供一种手术导航系统的配准方法，该方法包括：

获取术前三维图像和术中二维图像，术前三维图像为在手术区域未植入追踪器时对手术区域进行扫描得到的三维图像，术中二维图像包括在手术区域植入追踪器后从不同拍摄角度对手术区域进行拍摄得到的至少两张二维图像；

根据术中二维图像构建手术导航系统的显示空间；

确定术前三维图像与术中二维图像的匹配位置，根据匹配位置将术前三维图像导入显示空间；

在导入术前三维图像的显示空间中确定至少三个标识点，并分别获取各标识点的第一位置信息和第二位置信息，第一位置信息为标识点在显示空间中的位置信息，第二位置信息为标识点在物理空间中的位置信息；

根据第一位置信息和第二位置信息进行手术导航系统的配准。

在其中一个实施例中，各张二维图像对应的拍摄角度成预设夹角，追踪器上设有标记球；根据术中二维图像构建手术导航系统的显示空间，包括：

设置初始位置，按预设夹角将各张二维图像进行位置对齐；

获取标记球的第一尺寸信息和第二尺寸信息，根据第一尺寸信息和第二尺寸信息得到每张二维图像分别对应的缩放比例，根据缩放比例将每张二维图像的尺寸调整至与该二维图像所显示区域在物理空间中的实际尺寸一致；第一尺寸信息包括标记球在各张二维图像中的显示尺寸数据，第二尺寸信息为标记球的物理尺寸数据，缩放比例为每张二维图像的尺寸与该二维图像所显示区域在物理空间中的实际尺寸之间的比例；

在追踪器上选取标识点，根据该标识点在调整尺寸后的各张二维图像中的位置，对各张二维图像进行手术区域对齐，得到手术导航系统的显示空间。

在其中一个实施例中，确定术前三维图像与术中二维图像的匹配位置，包括：

获取术前三维图像处于不同位置时向成预设夹角的至少两个投影平面进行投影所产生的投影图像，计算不同位置所对应的投影图像与各张二维图像之间的相似度，并选取相似度最大的投影图像对应的位置作为术前三维图像与术中二维图像的匹配位置；

或者，在术前三维图像和术中二维图像中选取特征点，通过特征点匹配计算得到术前三维图像与术中二维图像的匹配位置。

在其中一个实施例中，在导入术前三维图像的显示空间中确定至少三个标识点，并分别获取各标识点的第一位置信息和第二位置信息，包括：

在追踪器上选取至少三个标识点，获取每个标识点在调整尺寸后的各张二维图像中的二维坐标数据，根据二维坐标数据确定每个标识点在显示空间中的三维坐标数据；

获取追踪器上的各标识点在物理空间中的三维坐标数据；

根据第一位置信息和第二位置信息进行手术导航系统的配准，包括：

根据追踪器上的各标识点在显示空间中的三维坐标数据以及各标识点在物理空间中的三维坐标数据，得到显示空间与物理空间之间的空间转换关系。

在其中一个实施例中，该方法还包括：

获取在物理空间中手术工具与追踪器之间的位置转换关系，根据位置转换关系和追踪器在显示空间中的位置信息，确定手术工具在显示空间中的位置信息；或者，获取手术工具在物理空间中的位置信息，根据手术工具在物理空间中的位置信息以及显示空间与物理空间之间的空间转换关系，确定手术工具在显示空间中的位置信息。

在其中一个实施例中，该方法还包括：

当追踪器在物理空间中的位置发生变化时，计算得到该追踪器的位置变化关系；

根据位置变化关系和追踪器在显示空间中的初始位置信息，得到追踪器在显示空间中的新位置信息；

根据追踪器在显示空间中的新位置信息以及在物理空间中手术工具与追踪器之间的位置转换关系，确定手术工具在显示空间中的新位置信息；和/或，根据追踪器在显示空间中的新位置信息以及在显示空间中病灶部位与追踪器之间的预设位置转换关系，确定病灶部位在显示空间中的新位置信息。

在其中一个实施例中，术中二维图像包括在手术区域植入追踪器后对手术区域进行拍摄得到的术中正位图像和术中侧位图像。

在其中一个实施例中，在追踪器为设有两个标记球的追踪钉时，至少三个标识点包括追踪钉的尖端和两个标记球的球心。

本发明第二方面提供一种手术导航系统的配准装置，该装置包括：

图像获取模块，用于获取术前三维图像和术中二维图像，术前三维图像为在手术区域未植入追踪器时对手术区域进行扫描得到的三维图像，术中二维图像包括在手术区域植入追踪器后从不同拍摄角度对手术区域进行拍摄得到的至少两张二维图像；

显示空间构建模块，用于根据术中二维图像构建手术导航系统的显示空间；

术前图像导入模块，用于确定术前三维图像与术中二维图像的匹配位置，根据匹配位置将术前三维图像导入显示空间；

位置获取模块，用于在导入术前三维图像的显示空间中确定至少三个标识点，并分别获取各标识点的第一位置信息和第二位置信息，第一位置信息为标识点在显示空间中的位置信息，第二位置信息为标识点在物理空间中的位置信息；

空间配准模块，用于根据第一位置信息和第二位置信息进行手术导航系统的配准。

本发明第三方面提供一种手术导航系统，系统包括第一医学影像扫描装置、第二医学影像扫描装置、追踪装置和计算机设备；

第一医学影像扫描装置用于采集术前三维图像，术前三维图像为在手术区域未植入追踪器时对手术区域进行扫描得到的三维图像；

第二医学影像扫描装置用于采集术中二维图像，术中二维图像包括在手术区域植入追踪器后从不同拍摄角度对手术区域进行拍摄得到的至少两张二维图像；

追踪装置包括用于植入手术区域中的追踪器，追踪装置用于确定追踪器在物理空间中的位置信息；

计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时完成上述任一实施例中的手术导航系统的配准方法。

在其中一个实施例中，追踪器包括钉体和标记球，钉体的尖端固定植入手术区域，钉体内部设有定位器；

具体地，定位器为光学定位传感器或者电磁定位传感器；

具体地，追踪器包括两个标记球，所述两个标记球的球心与所述钉体的尖端为不共线的三个点。

本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法的实施例的步骤。

在上述实施例中提供了一种手术导航系统的配准方法、装置、手术导航系统和存储介质，其可以通过术前三维图像、术中二维图像以及多个标识点的位置信息实现手术导航系统的配准。其中，在手术过程中，除追踪器外不需要额外设置外部标记物，且只需获取手术区域的术中二维图像，也不需要进行非必要的三维扫描，缩短了配准所需时间，简化了配准流程，从而提高了手术导航系统的配准效率；而且由于减少了中间参照物(比如标尺、注册探针等)，也就减少了需要测量的参数和变换参数，因此也降低了测量或计算时发生误差的概率，使得配准的精度更高。

附图说明

图1为一个实施例中手术导航系统的结构框图；

图2为一个实施例中手术导航系统的配准方法的流程示意图；

图3为一个实施例中构建手术导航系统的显示空间步骤的流程示意图；

图4为另一个实施例中手术导航系统的配准方法的流程示意图；

图5为一个实施例中手术导航系统的配准装置的结构框图；

图6为一个实施例手术导航系统的工作流程示意图；

图7为一个实施例中追踪器的结构示意图；

图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的手术导航系统的配准方法，可以应用于如图1所示的手术导航系统中。计算机设备102获取第一医学影像扫描装置104扫描手术区域得到的术前三维图像以及第二医学影像扫描装置106扫描手术区域得到的术中二维图像，计算机设备102还可以通过追踪装置108获取追踪器在物理空间中的位置信息，计算机设备102根据获取到的术前三维图像、术中二维图像，以及追踪器在物理空间中的位置信息进行手术导航系统的配准。

实施例一

本实施例提供了一种手术导航系统的配准方法，如图2所示，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，包括以下步骤：

步骤202，获取术前三维图像和术中二维图像。

其中，术前三维图像为在手术区域未植入追踪器时对手术区域进行扫描得到的三维图像，其可以是第一医学影像扫描设备在术前对患者的病灶区域进行扫描所得到的三维图像，此处的术前可以理解为进行手术前且未将追踪器植入手术区域时。术中二维图像包括在手术区域植入追踪器后从不同拍摄角度对手术区域进行拍摄得到的至少两张二维图像。

具体实施过程中，可以采用患者到医院进行检查时拍摄得到的三维图像作为以上步骤中的术前三维图像，具有以下优势：其一，患者检查时拍摄的三维图像通常保存有病灶区域的完整准确信息，其图像中的病灶与患者的实际病灶大小相同，而且一般视野广阔，清晰度更高，例如：病灶在脊椎上时，术前三维图像数据一般包含多段椎骨，并且椎骨之间、椎骨与其他软组织之间轮廓分明；其二，对于临床骨科手术，为病灶区域拍摄三维图像属于患者检查时的必须操作，拍摄得到的医学图像一般用于医生诊断病情，因此，在本实施例的方案中将其运用在手术导航系统中，只需采用患者最初检测时拍摄的三维图像即可，术前无需再次对病灶部位进行三维整体的扫描，减少了对患者的扫描次数，可以降低患者和医生所受的辐射伤害。

在患者准备接受手术时，躺在病床上之后，先在患者的病灶区域(即手术区域)植入追踪器，该追踪器与患者病灶刚性绑定，一直到手术完成，例如，病灶区域为脊柱时，可以将追踪器固定在病灶区域对应的记住的棘突上。

本实施例的方案中，术中二维图像的拍摄时间是在将追踪器固定于患者的病灶区域之后，且在进行关键手术步骤之前。

以上述拍摄时间为术中，此时，利用第二医学影像扫描设备从不同拍摄角度对已植入追踪器的手术区域进行拍摄，可以得到至少两张二维图像作为术中二维图像，每张术中二维图像内均包含病灶区域以及设于该病灶区域的追踪器。

在一种实施方式中，为了便于与术前三维图像结合进行配准，可以选取拍摄方位相互垂直的两张二维图像作为术中二维图像，比如采用手术区域的术中正位图像和术中侧位图像。

具体地，第一医学影像扫描设备为三维扫描设备，例如螺旋CT设备等，第二医学影像扫描设备可以采用三维扫描设备或二维扫描设备，例如C型臂设备、X光机等。例如，预先在术前通过螺旋CT设备扫描手术区域，得到术前三维图像，然后在术中通过C型臂设备或X光机扫描手术区域，得到术中二维图像，计算机设备分别获取扫描得到的术前三维图像和术中二维图像。

步骤204，根据术中二维图像构建手术导航系统的显示空间。

其中，手术导航系统的显示空间指的是手术导航系统显示的用于反映手术区域情况的图像空间；术中二维图像包括拍摄角度成预设夹角的至少两张二维图像，选取其中任意两张二维图像可以确定出手术区域与追踪器之间的相对关系；追踪器上可以设置有至少一个在任意拍摄角度的实际物理尺寸都相同的定位部件(比如标记球)，以便将术中二维图像的显示尺寸和术中二维图像所显示区域实际的物理尺寸进行统一。

具体地，计算机设备可以选取其中两张二维图像，按这两张二维图像的拍摄角度对其进行位置对齐，并根据追踪器的定位部件的物理尺寸对上述两张二维图像进行尺寸对齐，即将该两张二维图像中手术区域的尺寸调整至与手术区域在物理空间中的实际尺寸一致。

在一种实施方式中，各张二维图像对应的拍摄角度成预设夹角，追踪器上设有标记球，如图3所示，步骤204包括以下步骤：

步骤302，设置初始位置，按预设夹角将各张二维图像进行位置对齐。

其中，初始位置可以为虚拟三维空间中的任意位置，预设夹角可以由用户根据需要自行设定，为了便于进行位置对齐和尺寸对齐，一般选取预设夹角为90度的两张二维图像来构建手术导航系统的三维显示空间。

步骤304，获取标记球的第一尺寸信息和第二尺寸信息，根据第一尺寸信息和第二尺寸信息得到每张二维图像分别对应的缩放比例，根据缩放比例将每张二维图像的尺寸调整至与该二维图像所显示区域在物理空间中的实际尺寸一致。

其中，第一尺寸信息包括标记球在各张二维图像中的显示尺寸数据，第二尺寸信息为标记球的物理尺寸数据，缩放比例为每张二维图像的尺寸与该二维图像所显示区域在物理空间中的实际尺寸之间的比例。

具体的，计算机设备从术中二维图像中获取到标记球在各张二维图像中的显示尺寸数据，同时获取标记球的物理尺寸数据，然后根据上述各显示尺寸数据和物理尺寸数据计算出每张二维图像的尺寸与其在物理空间中的实际尺寸之间的比例，按照该比例将各张二维图像的尺寸调整至与其在物理空间中的实际尺寸一致，从而使得调整后的术中二维图像与术前三维图像所显示的手术区域具有相同的尺寸。

步骤306，在追踪器上选取标识点，根据该标识点在调整尺寸后的各张二维图像中的位置，对各张二维图像进行手术区域对齐，得到手术导航系统的显示空间。

其中，对各张二维图像进行手术区域对齐，可以选取追踪器上的任一点作为标识点，比如追踪器的端点，或者，当该追踪器上设有一个或多个标记球时，还可以选取任一个标记球的球心作为标识点。

具体地，计算机设备可以根据一个标识点在调整尺寸后的各张二维图像中的位置，对各张二维图像进行手术区域对齐，得到手术导航系统的显示空间，此时的显示空间内只包括术中二维图像的数据。

在上述实施方式中，根据两张二维图像之间的预设夹角、追踪器上物理尺寸已知的标记球和术中二维图像所包含的每张二维图像上标记球的显示尺寸，可以实现二维图像的位置对齐和尺寸对齐，从而初步构建手术导航系统的显示空间。

步骤206，确定术前三维图像与术中二维图像的匹配位置，根据匹配位置将术前三维图像导入显示空间。

其中，术前三维图像与术中二维图像的匹配位置即将术前三维图像导入显示空间时所采用的导入位置，该匹配位置可以选取术前三维图像与术中二维图像重合度最高的位置；经过本步骤，显示空间中已经包含术前三维图像，又由于术中二维图像本身的作用仅在于构建显示空间和提供追踪器在显示空间中的位置，并不用作手术导航时显示的图像，因此将术前三维图像导入显示空间后，就可以删除显示空间中的术中二维图像。

具体地，可通过以下方式来确定该匹配位置：

在一种实施方式中，计算机设备可以通过投影匹配法来确定上述匹配位置，具体包括：获取术前三维图像处于不同位置时向成预设夹角的至少两个投影平面进行投影所产生的投影图像，计算不同位置所对应的投影图像与各张二维图像之间的相似度，并选取相似度最大的投影图像对应的位置作为术前三维图像与术中二维图像的匹配位置。

在另一种实施方式中，计算机设备通过特征点匹配算法来确定匹配位置，具体包括：在术前三维图像和术中二维图像中选取特征点，通过特征点匹配计算得到术前三维图像与术中二维图像的匹配位置。

值得注意的是，除了上述列举出的确定术前三维图像与术中二维图像的匹配位置的方式以外，还可以通过其他方式实现该过程，本发明实施例对具体的确定匹配位置的方式不加以限定。

在本实施例的方案中，通过上述步骤可以确定术前三维图像与术中二维图像之间的相对关系，从而将术前三维图像导入显示空间，也就确定了在显示空间中，术前三维图像与追踪器的三维图像模型之间的位置关系。

步骤208，在导入术前三维图像的显示空间中确定至少三个标识点，并分别获取各标识点的第一位置信息和第二位置信息。

其中，第一位置信息为标识点在显示空间中的位置信息，第二位置信息为标识点在物理空间中的位置信息，每个标识点在显示空间/物理空间中的位置信息为其在显示空间/物理空间中的三维坐标数据。

具体地，可以选取导入术前三维图像的显示空间中的任意三个点作为标识点，只要计算机设备可以获取到这三个标识点分别在显示空间和物理空间中的位置信息，即可计算得到显示空间和物理空间之间的空间转换关系，从而实现手术导航系统的配准。

在一种实施方式中，步骤208包括以下步骤：

计算机设备在追踪器上选取至少三个标识点，获取每个标识点在调整尺寸后的各张二维图像中的二维坐标数据，根据二维坐标数据确定每个标识点在显示空间中的三维坐标数据；获取所述追踪器上的各所述标识点在所述物理空间中的三维坐标数据。其中，在追踪器上选取标识点时，可以选取追踪器上的三个不共线的点作为标识点，例如：在追踪器为设有两个或两个以上的标记球的追踪钉时，可以选取该追踪钉的尖端和任意两个标记球的球心作为标识点，以便计算机设备进行识别。

在本实施例的方案中，计算机设备可以通过标识点确定追踪器在显示空间中的位置，而追踪器的实际物理结构已知，计算机设备根据追踪器在显示空间中的位置就可以确定出追踪器在显示空间中的三维图像模型。计算机设备还可以从追踪器设备获取到追踪器在物理空间中的位置信息，再根据追踪器的实际物理结构，计算得到追踪器上的各标识点在物理空间中的三维坐标数据。

步骤210，根据第一位置信息和第二位置信息进行手术导航系统的配准。

具体地，计算机设备根据追踪器上的各标识点在显示空间中的三维坐标数据及其在物理空间中的三维坐标数据，得到显示空间与物理空间之间的空间转换关系，实现了手术导航系统的配准。

在具体实施过程中，计算机设备通过第一位置信息和第二位置信息这两组数据可以确定物理空间中的追踪器与其在显示空间中的三维图像模型之间的相对关系，而通过步骤108可以确定术前三维图像与追踪器的三维图像模型之间的位置关系，因此确定了物理空间中的追踪器与术前三维图像之间的相对关系，也就是说，在本实施例的方案中，在手术导航系统完成配准之后，相当于在术前检查时，先在手术区域植入了追踪器然后再进行了术前三维图像的拍摄，既得到了清晰完整的术前三维图像，又包含了用于术中定位的追踪器的图像。

在上述实施例中提供了一种手术导航系统的配准方法，其可以通过术前三维图像、术中二维图像以及多个标识点的位置信息实现手术导航系统的配准。其中，在手术过程中，除追踪器外不需要额外设置外部标记物，且只需获取手术区域的术中二维图像，也不需要进行非必要的三维扫描，缩短了配准所需时间，简化了配准流程，从而提高了手术导航系统的配准效率；而且由于减少了中间参照物(比如标尺、注册探针等)，也就减少了需要测量的参数和变换参数，因此也降低了测量或计算时发生误差的概率，使得配准的精度更高。

同时，在手术过程中，只需对手术区域拍摄至少两张二维图像即可，无需对手术区域进行完整的三维医学影像扫描，而是直接获取术前扫描得到的三维图像，相比传统配准方法中采用术中三维图像进行导航配准，降低了患者和医生受到的辐射伤害，而且相对于术中三维图像，术前三维图像通常质量更好，能够提供更清晰准确的视野，有助于提高导航的效果。

应该理解的是，虽然图2-3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-3中的流程图的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

实施例二

如图4所示，基于上述实施例，以下提供一个更具体的实施例，以更形象地说明上述手术导航系统的配准方法。

在本实施例中，术中二维图像包括在手术区域植入追踪器后对手术区域进行拍摄得到的术中正位图像和术中侧位图像，追踪器采用一端可以插入手术区域进行固定的追踪钉，追踪钉上还设有两个标记球，以该追踪钉的尖端和两个标记球的球心作为追踪钉上的三个标识点。

上述手术导航系统的配准方法包括以下步骤：

步骤400，计算机设备获取患者到医院进行检查时拍摄得到的三维图像。

其中，可以使用患者到医院进行检查时拍摄得到的三维图像作为术前三维图像，该三维图像不仅保存有病灶区域的完整准确信息，图像中的病灶与患者的实际病灶大小相同，而且清晰度更高，有助于提高导航准确度；此外，为了诊断病情，医生必须在检查患者时对病灶区域拍摄三维图像，因此采用检查时拍摄的三维图像作为术前三维图像，在术前就无需再次对病灶部位进行三维整体的扫描，减少了对患者的扫描次数，降低患者和医生所受的辐射伤害。

步骤402，计算机设备获取术中正侧位图像，该术中正侧位图像包括术中正位图像和术中侧位图像。

其中，该术中正位图像为在手术区域植入追踪器后对手术区域进行拍摄得到的正位图，而术中侧位图像则是在手术区域植入追踪器后对手术区域进行拍摄得到的侧位图。上述术中正位图像和术中侧位图像的拍摄角度之间形成一个直角。

步骤404，根据术中正侧位图像构建手术导航系统的显示空间。

首先，计算机设备设置初始位置，将术中正位图像和术中侧位图像进行位置对齐，使得术中正位图像和术中侧位图像之间成一个直角。此时，术中正位图像的位置模拟拍摄正位图时的第二医学影像扫描装置的拍摄平面，术中侧位图像的位置模拟拍摄侧位图时的第二医学影像扫描装置的拍摄平面，即术中正位图像和术中侧位图像所在的平面模拟了真实的第二医学影像扫描装置的拍摄平面。然后，计算机设备分别识别术中正位图像和术中侧位图像上的追踪钉的任意一个标记球的半径，以及两个标记球的球心和追踪钉尖端的位置。

由于标记球的物理半径已知，利用该标记球在术中正位图像和术中侧位图像中的显示半径，计算机设备可以分别计算出术中正侧位图像与该术中正侧位图像所显示区域在物理空间中的实际尺寸之间的比例，并根据该比例调节术中正侧位图像的尺寸，以使得显示空间中术中正侧位图像的显示尺寸与其所显示区域在物理空间中的实际尺寸相同。

例如，假设计算机设备识别到的标记球在术中正侧位图像中的显示半径均为20个像素，而标记球的物理半径为10mm，则计算机设备可以计算出每个像素代表的物理尺寸为0.5mm，即像素间距为0.5mm，根据计算出的像素间距调整术中正侧位图像的尺寸，则可以实现显示空间中的术中正侧位图像的显示大小与物理大小之间的一致化。

在计算机设备将该术中正侧位图像还原到与其实际物理尺寸一致之后，从该追踪钉的尖端和两个标记球的球心中任选一个标识点，根据标记球该标识点在还原后的术中正侧位图像中的位置，对该术中正侧位图像进行手术区域对齐，得到手术导航系统的显示空间。

步骤406，获取术前三维图像，确定该术前三维图像与术中正侧位图像的最佳匹配位置，并将术前三维图像按照该最佳匹配位置导入显示空间。

其中，在未导入术前三维图像时，可视为显示空间中存在一个虚拟的术中三维图像(拍摄术中正侧位图像时手术区域的三维图像)，该术中三维图像所产生的正侧位投影即术中正侧位图像，因此，为了将术前三维图像导入显示空间，计算机设备只需将术前三维图像重合到该虚拟术中三维图像的位置即可。由于该虚拟术中三维图像并不在显示空间中可视存在，因此可以通过术前三维图像产生的投影图像与术中正侧位图像进行匹配来确定术前三维图像在显示空间中的最佳匹配位置。

在一种实施方式中，计算机设备读取预存的术前三维图像，并对该术前三维图像在某一位置按某一角度α进行正侧位投影，得到该位置上按α角度投影得到的术前正侧位投影图像，将该术前正侧位投影图像与术中正侧位图像进行相似度比较，计算得到一个相似度值。调整该术前三维图像的投影位置，将不同投影位置对应的新得到的术前正侧位投影图像与术中正侧位图像进行相似度比较，得到新的相似度值，对各个相似度值进行比较，得到按α角度投影时最大的相似度值。改变投影角度α，按以上操作以遍历进行术前三维图像的投影，最终可以得到按不同投影角度在不同投影位置的多个相似度值，选取其中最大的相似度值，该最大相似值所对应的投影位置和投影角度，就是术前三维图像与术中正侧位图像的最佳匹配位置。

在另一种实施方式中，计算机设备还可以先将术前三维图像放入显示空间中，初始位置可以根据需要随机设置，然后术前三维图像在某一位置按某一角度进行正侧位投影，得到两张投影图像(一张正位投影图像和一张侧位投影图像)，计算这两张投影图像与术中正侧位图像的相似度，得到一个相似度值，再调整术前三维图像的投影位置和投影角度，产生新的投影图像，计算得到新的相似度值。重复上述步骤，在一定范围内遍历术前三维图像的投影位置和投影角度，在得到的所有相似度值中，选取同时与正侧位片都最相似的一个相似度值，将该相似度值对应的投影位置和投影角度作为最终的3D图像位置。在本实施方式中，只需要将术前三维图像产生的投影图像分别与术中正侧位片在二维上进行匹配，不必将投影图像实际显示出来。

步骤408，确定两个标记球的球心和追踪钉尖端在显示空间中的位置信息。

在本步骤中，使用两个标记球的球心和追踪钉尖端作为追踪钉上的三个不共线的标识点，每个标识点在显示空间中的位置信息即它们在显示空间中的三维坐标。

计算机设备获取到上述三个标识点在术中正侧位图像上的二维坐标后，可以转换得到各标识点在显示空间中的三维坐标，而物理空间中追踪钉的大小结构都是固定的，因此计算机设备可以直接生成追踪钉的完整三维模型。具体地，追踪钉投影之后可以产生正侧位片，由于追踪钉在物理空间中是客观存在的，可知追踪钉投影在侧位片(例如yz平面)会得到y和z坐标，追踪钉投影在正位片(例如xz平面)上会得到x和z坐标，并且两者的z坐标是相等的。因此，识别正位片上的标识点，并取其x和z坐标，识别侧位片上的标识点并取其y坐标，即可确定显示空间中的标识点的三维坐标(x,y,z)。

步骤410，确定两个标记球的球心和追踪钉尖端在物理空间中的位置信息。

其中，两个标记球的球心和追踪钉尖端在物理空间中的位置信息分别为其在物理空间中的三维坐标。

具体地，追踪钉内部设有定位装置，例如电磁传感器或光学传感器等，该定位装置可以测量到追踪钉的物理位置，计算机设备可以通过定位装置获取到追踪钉在物理空间中的位置信息，进而分别计算出追踪钉上的两个标记球的球心和追踪钉尖端在物理空间中的位置信息。

步骤412，根据两个标记球的球心和追踪钉尖端标记球在显示空间中的位置信息、以及两个标记球的球心和追踪钉尖端在物理空间中的位置信息，得到显示空间与物理空间之间的空间转换关系，即实现了手术导航系统的配准。

在一种实施方式中，该方法还包括手术导航系统的导航步骤，具体包括以下步骤：获取在物理空间中手术工具与追踪器之间的位置转换关系；根据位置转换关系和追踪器在显示空间中的位置信息，确定手术工具在显示空间中的位置信息。

上述实施方式在追踪器上选取三个标记点以确定追踪器在显示空间中的位置信息，通过获取在物理空间中手术工具与追踪器之间的位置转换关系，可以确定手术工具在显示空间中的位置，实现了手术导航。

其中，计算机设备可以通过手术工具上的定位传感器获取手术工具在物理空间的实时位置数据，根据该手术工具在物理空间的实时位置数据确定其在手术导航系统的显示空间的实时位置，从而可以在手术导航系统的显示界面中看到手术工具的位置与角度，以便观察手术工具与患者病灶位置之间的相对位置关系，进行导航手术。

具体地，可以假设在显示空间中，从追踪器位置变换到病灶部位位置的变换矩阵为T_Image，追踪器位置为P_NailInImage，病灶部位位置为P_3DInImage，由于在显示空间和物理空间中，追踪器和病灶部位是一个相连的刚体，因此有：P_3DInImage＝T_Image*P_NailInImage。

将某一时刻设定为开始导航时刻，实时记录下的该时刻在物理空间中追踪器位置的坐标为P_Nail。可以假设此刻的追踪器在物理空间中的位置与其在图像空间中的位置重合。则后续所有的手术工具的位置变换都是相对于追踪器来完成，即追踪器用于联系物理空间和显示空间的纽带，因为追踪器与病灶部位的相对关系已知，同时其与其他手术工具的相对关系也可以实时计算得到，利用追踪器进行中间转换，就可以得到其他手术工具相对于病灶部位的位置。

手术导航系统开始手术导航之后，手术工具在追踪装置空间中的位置可以实时获取得到，假设其位置为P_Tool1，而追踪器的位置已知为P_Nail，则从追踪器位置变换到P_Tool1的变换关系T_trans可以计算出来：

P_Tool1＝T_trans*P_Nail；

T_trans＝P_Tool1*inverse(P_Nail)

其中，inverse(P_Nail)为P_Nail的逆矩阵。

得到T_trans后，在显示空间中，用追踪器位置P_NailInImage乘上该变换矩阵即得到图像空间中该手术工具模型的位置P_Tool1InImage。

P_Tool1InImage＝T_trans*P_NailInImage。

由于工具模型事先已经建立，且与真实的工具具有1:1的大小关系，因此此时在物理空间中手术工具相对于追踪器的关系可以完全被反映到显示空间中该手术工具相对于追踪器的关系，而追踪器与病灶部位的关系在两个空间中都已经确定，因此，手术工具和病灶部位的相对关系也被完全确定。当手术工具的位置改变时，重复上述流程，即可实时将物理空间中病灶部位和手术工具的相对关系反映到显示空间，从而实现了手术导航系统的可视化导航。

在另一种实施方式中，手术导航系统的导航步骤具体可包括以下步骤：获取手术工具在物理空间中的位置信息，根据手术工具在物理空间中的位置信息以及显示空间与物理空间之间的空间转换关系，确定手术工具在显示空间中的位置信息。

在该实施方式中，手术导航系统已完成配准，即显示空间与物理空间之间的空间转换关系已知，因此，只要获取手术工具在物理空间中的位置信息，即可计算得到手术工具在显示空间中的位置信息。

在一种实施方式中，考虑到传统手术导航技术中，在导航开始之后，通常没有针对手术过程中病灶移动而图像空间上没有相应变化的情况进行处理。为了解决传统手术导航技术的这一问题，该方法还包括手术导航系统的动态追踪步骤，以实现手术导航系统的动态追踪功能，具体包括以下步骤：

当追踪器在物理空间中的位置发生变化时，计算得到该追踪器的位置变化关系。

根据位置变化关系和追踪器在显示空间中的初始位置信息，得到追踪器在显示空间中的新位置信息。

根据追踪器在显示空间中的新位置信息以及在物理空间中手术工具与追踪器之间的位置转换关系，确定手术工具在显示空间中的新位置信息，和/或，根据追踪器在显示空间中的新位置信息以及在显示空间中病灶部位与追踪器之间的预设位置转换关系，确定病灶部位在显示空间中的新位置信息，实现了对病灶部位的动态追踪。

其中，由于追踪器已与病灶区域进行了绑定，且该绑定关系在图像空间中也已知，因此，当物理空间中病灶部位发生位置改变时，追踪钉在物理空间中的位置也随之发生变化，由t1时刻的P_nail1变成t2时刻的P_Nail2，计算机设备可以计算得到P_nail1变到P_Nail2的变换矩阵T_timeTrans，该变换矩阵的计算公式如下：

T_timeTrans＝P_Nail2*inverse(P_Nail1)

其中，inverse(P_Nail1)为P_Nail1的逆矩阵。

则在显示空间中，追踪器的新位置为追踪器的原位置乘以变换矩阵T_timeTrans，手术工具的新位置为追踪器的新位置乘以变换矩阵T_trans，病灶部位的新位置为追踪器的新位置乘以变换矩阵T_Image。

在上述实施方式中，在导航开始之后，计算机设备可以通过实时更新物理空间中追踪器的坐标来计算病灶部位的新位置，从而间接地实现对病灶部位的实时追踪，使得即使在手术过程中病灶部位移动也不影响手术导航系统的导航精度，并且对医生的视线遮挡较小。

其中，追踪器和其他手术工具的定位传感器既可以是电磁式的，也可以是光学式的，还可以是两者混合，本实施例对采用的传感器类型不加以限制，只要能实现获取在同一个三维空间(电磁或光学)中，其他手术工具和追踪钉的相对位置关系即可。本实施例中提供的手术导航系统的配准方法，能够利用术前三维图像、术中正侧位图像以及追踪器在物理空间的位置信息实现手术导航系统的配准，在手术过程中，只需对手术区域拍摄正侧位的二维图像即可获取术中正侧位图像，进一步简化了配准操作，又由于术中正侧位图像为拍摄角度成直角的两张二维图像，更加便于计算，从而进一步提高了手术导航系统的配准效率。

实施例三

在本实施例中，提供了一种手术导航系统的配准装置，如图5所示，该装置包括：

图像获取模块502，用于获取术前三维图像和术中二维图像，术前三维图像为在手术区域未植入追踪器时对手术区域进行扫描得到的三维图像，术中二维图像包括在手术区域植入追踪器后从不同拍摄角度对手术区域进行拍摄得到的至少两张二维图像；

显示空间构建模块504，用于根据术中二维图像构建手术导航系统的显示空间；

术前图像导入模块506，用于确定术前三维图像与术中二维图像的匹配位置，根据匹配位置将术前三维图像导入显示空间；

位置获取模块508，用于在导入术前三维图像的显示空间中确定至少三个标识点，并分别获取各标识点的第一位置信息和第二位置信息，第一位置信息为标识点在显示空间中的位置信息，第二位置信息为标识点在物理空间中的位置信息；

空间配准模块510，用于根据第一位置信息和第二位置信息进行手术导航系统的配准。

在一种实施方式中，位置获取模块508，具体用于在追踪器上选取至少三个标识点，获取每个标识点在调整尺寸后的各张二维图像中的二维坐标数据，根据二维坐标数据确定每个标识点在显示空间中的三维坐标数据；获取追踪器上的各标识点在物理空间中的三维坐标数据。

更具体地，位置获取模块508用于在所述追踪器为设有两个标记球的追踪钉时，选取所述追踪钉上三个不共线的点作为标识点，所述三个不共线的点包括所述追踪钉的尖端和两个所述标记球的球心。

空间配准模块510，具体用于根据追踪器上的各标识点在显示空间中的三维坐标数据以及各标识点在物理空间中的三维坐标数据，得到显示空间与物理空间之间的空间转换关系。

在一种实施方式中，各张二维图像对应的拍摄角度成预设夹角，追踪器上设有标记球；显示空间构建模块504具体用于设置初始位置，按预设夹角将各张二维图像进行位置对齐；获取标记球的第一尺寸信息和第二尺寸信息，根据第一尺寸信息和第二尺寸信息得到每张二维图像分别对应的缩放比例，根据缩放比例将每张二维图像的尺寸调整至与该二维图像所显示区域在物理空间中的实际尺寸一致；第一尺寸信息包括标记球在各张二维图像中的显示尺寸数据，第二尺寸信息为标记球的物理尺寸数据，缩放比例为每张二维图像的尺寸与该二维图像所显示区域在物理空间中的实际尺寸之间的比例；在追踪器上选取标识点，根据该标识点在调整尺寸后的各张二维图像中的位置，对各张二维图像进行手术区域对齐，得到手术导航系统的显示空间。

在一种实施方式中，术前图像导入模块506，具体用于获取术前三维图像处于不同位置时向成预设夹角的至少两个投影平面进行投影所产生的投影图像，计算不同位置所对应的投影图像与各张二维图像之间的相似度，并选取相似度最大的投影图像对应的位置作为术前三维图像与术中二维图像的匹配位置；或者，在术前三维图像和术中二维图像中选取特征点，通过特征点匹配计算得到术前三维图像与术中二维图像的匹配位置。

在一种实施方式中，该装置还包括：手术导航模块，用于获取在物理空间中手术工具与追踪器之间的位置转换关系；根据位置转换关系和追踪器在显示空间中的位置信息，确定手术工具在显示空间中的位置信息。

在一种实施方式中，该装置还包括：动态追踪模块，用于当追踪器在物理空间中的位置发生变化时，计算得到该追踪器的位置变化关系；根据位置变化关系和追踪器在显示空间中的初始位置信息，得到追踪器在显示空间中的新位置信息；根据追踪器在显示空间中的新位置信息以及在物理空间中手术工具与追踪器之间的位置转换关系，确定手术工具在显示空间中的新位置信息；和/或，根据追踪器在显示空间中的新位置信息以及在显示空间中病灶部位与追踪器之间的预设位置转换关系，确定病灶部位在显示空间中的新位置信息。

在一种实施方式中，术中二维图像包括在手术区域植入追踪器后对手术区域进行拍摄得到的术中正位图像和术中侧位图像。

在一种实施方式中，在追踪器为设有两个标记球的追踪钉时，至少三个标识点包括追踪钉的尖端和两个标记球的球心。

本实施例中提供了一种手术导航系统的配准装置，关于手术导航系统的配准装置的具体限定可以参见上文中对于手术导航系统的配准方法的限定，在此不再赘述。上述手术导航系统的配准装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

实施例四

在传统的手术导航系统进行配准时，一般时采用术中扫描得到的三维图像进行配准，具体流程如下：首先将带有特殊金属标记点的装置与病人一起进行医学扫描成像，然后通过手动选取或计算机自动识别的方式在得到的医学影像中选取多个标记点，获得这些标记点在影像显示空间中的坐标，然后使用注册探针获取以上标记点在导航追踪设备空间中的坐标，最后通过以上标记点的坐标数据计算出影像显示空间和导航追踪设备空间的转换关系，从而实现配准。

然而传统的手术导航系统存在以下缺点：进行术中三维扫描所需的扫描时间长，辐射伤害大，尤其是医生每做一次手术就会受到一次辐射伤害，使其职业生涯中辐射总量相当高；手术导航系统导航时所使用的是术中三维扫描影像，该影像的质量比术前CT扫描得到的三维影像要差很多；而且采用该手术导航系统，对医院手术室内的医学影像扫描装置有较高要求，目前大多数医院没有符合要求的设备，导致传统的手术导航系统适用性不强；而且由于术中三维扫描所需的扫描时间长，导致手术导航系统进行配准的时间长，降低了手术导航系统的配准效率。

为了克服传统的手术导航系统进行配准时存在的上述缺点，在本实施例中，如图1所示，提供了一种手术导航系统，该系统包括第一医学影像扫描装置104、第二医学影像扫描装置106、追踪装置108和计算机设备102。

其中，第一医学影像扫描装置104用于采集术前三维图像，术前三维图像为在手术区域未植入追踪器时对手术区域进行扫描得到的三维图像；第二医学影像扫描装置106用于采集术中二维图像，术中二维图像包括在手术区域植入追踪器后从不同拍摄角度对手术区域进行拍摄得到的至少两张二维图像；追踪装置108包括用于植入手术区域中的追踪器，追踪装置用于确定追踪器在物理空间中的位置信息；计算机设备102包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时完成如上述实施例一或实施例二中所介绍的手术导航系统的配准方法的步骤。

如图6所示，使用上述手术导航系统的具体工作流程包括以下步骤：

步骤602，在手术区域未植入追踪器时，通过第一医学影像扫描装置对手术区域进行扫描得到术前三维图像。

第一医学影像扫描装置可以为扫描图像质量高的三维扫描CT机等，例如螺旋CT，以便得到图像质量更好的术前三维图像。

步骤604，手术开始后，将追踪器固定植入到手术区域。

具体地，在患者准备接受手术时，躺在病床上之后，需要先在患者身上植入追踪器，该追踪器与患者的病灶部位刚性绑定，一直到手术完成。例如，在脊椎手术时，将追踪器固定在手术区域中病灶部位对应的脊柱的棘突上。

步骤606，通过第二医学影像扫描装置对手术区域进行扫描得到术中二维图像。

其中，第二医学影像扫描装置可以为手术室内常用的三维或二维医学影像扫描设备，例如C形臂X光机，可以在植入追踪器之后，通过C形臂X光机拍摄一张包含病灶部位和追踪器的术中正位片图像，然后保持患者不动，旋转C臂90度再拍摄一张术中侧位片图像。

步骤608，根据术前三维图像、术中二维图像以及追踪器在物理空间的位置信息，实现手术导航系统的配准。

具体的配准方法可以参照上述的实施例一或实施例二的手术导航系统的配准方法的步骤，在此不加赘述。

步骤610，使用完成配准的手术导航系统进行手术导航。

其中，手术导航系统还包括手术工具，该手术工具上也设有定位传感器，例如光学定位传感器或电磁定位传感器等。

在手术过程中，可以使用手术导航系统来实现手术导航和动态追踪，关于手术导航和动态追踪的具体限定可以参见上文各实施例的内容，在此不再赘述。

在一种实施方式中，如图7所示，追踪器包括钉体和两个标记球(第一标记球1和第二标记球3)，钉体的尖端4固定植入手术区域，钉体的内部设有定位器5，定位器5可以通过信号线2将测量到的位置信息传输给计算机设备。

其中，定位器5可以为光学定位传感器或者电磁定位传感器，例如六自由度电磁定位传感器等，通过电磁定位传感器可以感知追踪器在磁场感应区的具体位置，即可以通过电磁定位传感器获取到追踪器的准确位置；第一标记球1和第二标记球3均设置于钉体的一端，用于作为手术导航系统的配准过程中的标识点，便于进行配准；钉体的尖端4可以采用三棱锥结构，针体采用非导磁金属材料，例如：304不锈钢，钛合金等。

在其他实施方式中，追踪器可以包括一个或者两个以上的标记球，本申请的各实施例对追踪器包括的标记球的数量不加以限定。

在一种实施方式中，第一医学影像扫描装置为螺旋CT，第二医学影像扫描装置为C形臂X光机。

本实施例中提供的手术导航系统进行配准时可以仅仅进行一次术前三维扫描(例如患者最初检测时必须进行的三维扫描)和两次术中二维扫描，相对于传统的手术导航系统减少了一次术中三维扫描，可以减少患者所受的辐射损伤，并缩短配准所需的时间，有利于提高配准效率；此外，该手术导航系统采用影像质量比术中三维扫描图像更好的术前三维图像进行导航配准，提高了手术导航的显示图像质量，而且还无需在手术室内进行三维扫描，降低了对手术室内医学影像扫描装置的要求，使得该手术导航系统具有更好的适用性。上述手术导航系统可以应用于多种临床手术中，比如骨科手术等。

实施例五

在本实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。

其中，处理器执行计算机程序时实现如上述实施例一或实施例二中所介绍的一种手术导航系统的配准方法的步骤。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板、麦克风、摄像头或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

实施例六

在本实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例一或实施例二中所介绍的手术导航系统的配准方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种手术导航系统的配准方法，其特征在于，所述方法包括：

获取术前三维图像和术中二维图像，所述术前三维图像为在手术区域未植入追踪器时对所述手术区域进行扫描得到的三维图像，所述术中二维图像包括在所述手术区域植入追踪器后从不同拍摄角度对所述手术区域进行拍摄得到的至少两张二维图像；

根据所述术中二维图像构建手术导航系统的显示空间；

确定所述术前三维图像与所述术中二维图像的匹配位置，根据所述匹配位置将所述术前三维图像导入所述显示空间；

在导入所述术前三维图像的显示空间中确定至少三个标识点，并分别获取各所述标识点的第一位置信息和第二位置信息，所述第一位置信息为所述标识点在所述显示空间中的位置信息，所述第二位置信息为所述标识点在物理空间中的位置信息；

根据所述第一位置信息和所述第二位置信息进行所述手术导航系统的配准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各张所述二维图像对应的拍摄角度成预设夹角，所述追踪器上设有标记球；所述根据所述术中二维图像构建手术导航系统的显示空间，包括：

设置初始位置，按所述预设夹角将各张所述二维图像进行位置对齐；

获取所述标记球的第一尺寸信息和第二尺寸信息，根据所述第一尺寸信息和所述第二尺寸信息得到每张所述二维图像分别对应的缩放比例，根据所述缩放比例将每张所述二维图像的尺寸调整至与该二维图像所显示区域在物理空间中的实际尺寸一致；所述第一尺寸信息包括所述标记球在各张所述二维图像中的显示尺寸数据，所述第二尺寸信息为所述标记球的物理尺寸数据，所述缩放比例为每张所述二维图像的尺寸与该二维图像所显示区域在物理空间中的实际尺寸之间的比例；

在所述追踪器上选取标识点，根据所述标识点在调整尺寸后的各张所述二维图像中的位置，对各张所述二维图像进行手术区域对齐，得到手术导航系统的显示空间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述术前三维图像与所述术中二维图像的匹配位置，包括：

获取所述术前三维图像处于不同位置时向成预设夹角的至少两个投影平面进行投影所产生的投影图像，计算不同位置所对应的投影图像与各张所述二维图像之间的相似度，并选取相似度最大的投影图像对应的位置作为所述术前三维图像与所述术中二维图像的匹配位置；

或者，在所述术前三维图像和所述术中二维图像中选取特征点，通过特征点匹配计算得到所述术前三维图像与所述术中二维图像的匹配位置。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述在导入所述术前三维图像的显示空间中确定至少三个标识点，并分别获取各所述标识点的第一位置信息和第二位置信息，包括：

在所述追踪器上选取至少三个标识点，获取每个所述标识点在调整尺寸后的各张所述二维图像中的二维坐标数据，根据所述二维坐标数据确定每个所述标识点在所述显示空间中的三维坐标数据；

获取所述追踪器上的各所述标识点在所述物理空间中的三维坐标数据；

所述根据所述第一位置信息和所述第二位置信息进行所述手术导航系统的配准，包括：

根据所述追踪器上的各所述标识点在所述显示空间中的三维坐标数据以及各所述标识点在所述物理空间中的三维坐标数据，得到所述显示空间与所述物理空间之间的空间转换关系。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取在所述物理空间中手术工具与所述追踪器之间的位置转换关系，根据所述位置转换关系和所述追踪器在所述显示空间中的位置信息，确定所述手术工具在所述显示空间中的位置信息；或者，获取手术工具在所述物理空间中的位置信息，根据所述手术工具在所述物理空间中的位置信息以及所述显示空间与所述物理空间之间的空间转换关系，确定所述手术工具在所述显示空间中的位置信息；

优选地，所述方法还包括：

当所述追踪器在所述物理空间中的位置发生变化时，计算得到该追踪器的位置变化关系；

根据所述位置变化关系和所述追踪器在所述显示空间中的初始位置信息，得到所述追踪器在所述显示空间中的新位置信息；

根据所述追踪器在所述显示空间中的新位置信息以及在所述物理空间中手术工具与所述追踪器之间的位置转换关系，确定所述手术工具在所述显示空间中的新位置信息；和/或，根据所述追踪器在所述显示空间中的新位置信息以及在所述显示空间中病灶部位与所述追踪器之间的预设位置转换关系，确定所述病灶部位在所述显示空间中的新位置信息。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述术中二维图像包括在所述手术区域植入追踪器后对所述手术区域进行拍摄得到的术中正位图像和术中侧位图像；

优选地，在所述追踪器为设有两个标记球的追踪钉时，所述至少三个标识点包括所述追踪钉的尖端和两个所述标记球的球心。

7.一种手术导航系统的配准装置，其特征在于，所述装置包括：

图像获取模块，用于获取术前三维图像和术中二维图像，所述术前三维图像为在手术区域未植入追踪器时对所述手术区域进行扫描得到的三维图像，所述术中二维图像包括在所述手术区域植入追踪器后从不同拍摄角度对所述手术区域进行拍摄得到的至少两张二维图像；

显示空间构建模块，用于根据所述术中二维图像构建手术导航系统的显示空间；

术前图像导入模块，用于确定所述术前三维图像与所述术中二维图像的匹配位置，根据所述匹配位置将所述术前三维图像导入所述显示空间；

位置获取模块，用于在导入所述术前三维图像的显示空间中确定至少三个标识点，并分别获取各所述标识点的第一位置信息和第二位置信息，所述第一位置信息为所述标识点在所述显示空间中的位置信息，所述第二位置信息为所述标识点在物理空间中的位置信息；

空间配准模块，用于根据所述第一位置信息和所述第二位置信息进行所述手术导航系统的配准。

8.一种手术导航系统，其特征在于，所述系统包括第一医学影像扫描装置、第二医学影像扫描装置、追踪装置和计算机设备；

所述第一医学影像扫描装置用于采集术前三维图像，所述术前三维图像为在手术区域未植入追踪器时对所述手术区域进行扫描得到的三维图像；

所述第二医学影像扫描装置用于采集术中二维图像，所述术中二维图像包括在所述手术区域植入追踪器后从不同拍摄角度对所述手术区域进行拍摄得到的至少两张二维图像；

所述追踪装置包括用于植入所述手术区域中的追踪器，所述追踪装置用于确定所述追踪器在物理空间中的位置信息；

所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时完成上述权利要求1至6任意一项所述的手术导航系统的配准方法。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述追踪器包括钉体和标记球，所述钉体的尖端用于固定植入手术区域，所述钉体内部设有定位器；

优选地，所述定位器为光学定位传感器或者电磁定位传感器；

优选地，所述追踪器包括两个标记球，所述两个标记球的球心与所述钉体的尖端为不共线的三个点。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

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